Erste Prototypen im neuen MEMS-Testlabor am IMMS charakterisiert

Ilmenau, 30. Juli 2014. Das IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH hat die Charakterisierung von ersten Prototypen eines Cantilever-Readout-ASICs im neuen Testlabor für MEMS-basierte Mikrosysteme „MEMS-T-Lab“ erfolgreich abgeschlossen. Dank des neuen Labors war das IMMS in der Lage, seine im Projekt „MEMS2015“ entwickelten anwendungsspezifischen integrierten Auswerteschaltungen in einer bislang noch nicht erreichten Komplexität von Messungen zu untersuchen. Die so charakterisierte Elektronik soll künftig die Daten von Messnadeln von Rasterkraftmikroskopen auswerten, mit denen Kräfte im Nanonewtonbereich gemessen werden.

In dem vom Freistaat Thüringen geförderten und durch die EU kofinanzierten Infrastrukturprojekt „MEMS-T-Lab“ hat das IMMS die Voraussetzungen geschaffen, mikroelektromechanische Systeme (MEMS) parametrisch zu modellieren und bezüglich ihrer systemrelevanten mechanischen Parameter messtechnisch auf Basis von Deformations- und Frequenzmessungen zu charakterisieren. Das ist notwendig, um modellbasierte Entwicklungen zu erarbeiten, denn ohne die richtigen Parameter ist ein Modell für den Entwurf nahezu unbrauchbar. Die neue Technik erweitert die Infrastruktur des Instituts in den Bereichen Modellierungstools, Messtechnik und Laborausrüstung. Messungen sind nun hochkomplex, in einem neuen Automatisierungsgrad und im Gegensatz zu vorher für komplette Wafer möglich.

Das neue MEMS-Testlabor vereint vier Subsysteme. Ein Compact Vibrometer erfasst Eigenresonanzen und Eigenformen von MEMS-Bauelementen auf Wafer-Ebene. Mit einem Simulations-Softwaresystem werden mechanische Eigenschaften von MEMS-Systemen modelliert, wie z.B. die stressbedingte Deformation und das Schwingungsverhalten. Auf dieser Basis identifizieren die Forscher funktionsrelevante Geometrie- und Materialparameter der MEMS. Auf einem halbautomatischen Wafer-Prober werden integrierte Schaltungen auf 200mm-Wafern bei Temperaturen von -40°C bis 200°C schnell und exakt kontaktiert und untersucht. Mit Hilfe einer modularen Testplattform werden Parameter von integrierten Schaltungen und Sensormodulen elektrisch stimuliert, die Messwerte erfasst sowie neue und schnellere Testmethoden erforscht.

Das IMMS hatte bereits in mehreren Forschungsprojekten vor „MEMS2015“ verschiedene Aspekte der MEMS-Entwicklung vorangebracht und wird auch in Zukunft die Forschung auf diesem Gebiet intensivieren. Vor diesem Hintergrund baut das IMMS seine Messtechnik für MEMS seit Jahren systematisch aus. Auf Basis der neuen Infrastruktur im „MEMS-T-Lab“ wird auch bei künftigen Projekten die interdisziplinäre Forschung auf dem Gebiet der Mikro- und Nanotechnologien von den Grundlagen bis zur Anwendung verstärkt, der Wissenstransfer zu Partnern erhöht und die Forschungskompetenz für MEMS-basierte Mikrosysteme am IMMS und bei dessen Partnern kontinuierlich weiterentwickelt.